• 一、前言

• 二、glib 簡介

• 三、線程庫的設計

• 四、總結(jié)

一、前言

這篇文章，按照下面這 2 張圖，來描述 glib 在 Linux 和 Windows 平臺上，是如何來進行線程庫的設計的。

Linux 平臺：

Windows 平臺：

最近寫了幾篇關于跨平臺的應用程序設計思路，有些小伙伴在后臺留言詢問關于一些通用的跨平臺庫，看來這方面的需求還是很多的。

所謂的跨平臺，無非就是希望用同一份應用程序的代碼，可以編譯出在多個平臺上運行的可執(zhí)行程序。

那么如何才能做到應用程序代碼的平臺無關呢？很明顯需要中間的一個橋接層，把自己不想處理的、那些與平臺相關的、煩人的代碼丟給這個中間層去處理。

簡單的說：就是那些需要處理與平臺相關的臟活、累活，都由這個中間層幫你做好了，我們在寫應用程序時，只需要關心自己的業(yè)務層事務就可以了。

如果沒有這個中間層的話，你的代碼中可能會充斥著大量的#if...#else代碼。

而 glib 就是這樣的一個中間層跨平臺庫，它提供了很多常用的封裝，線程庫只是其中的封裝之一，這篇文章我們主要來學習一下 glib 是如何來設計跨平臺的線程庫。

二、glib 簡介

第一眼看上去的時候，很容易把 glib 與 glibc 混淆，它倆都是基于 GPL 的開源軟件，但是卻屬于完全不同的概念。

glibc是GNU實現(xiàn)的一套標準C的函數(shù)庫，而glib是gtk 的一套函數(shù)庫。

那么 gtk 是什么呢？使用 Linux 的小伙伴一定知道 gnome 這個桌面環(huán)境，gnome 就是基于 gtk 開發(fā)的一套桌面系統(tǒng)，而 glib 就是位于 gtk 后面的那位無名英雄。

glib可以在多個平臺下使用，比如Linux、Unix、Windows等。glib為許多標準的、常用的 C 語言結(jié)構提供了相應的替代物。

作為一名 C 語言開發(fā)者，有時候我們會非常的羨慕 C 開發(fā)者，標準庫(SDL)有辣么多的工具可用：鏈表、向量、字符串處理。。。

可是 C 語言里呢？哪哪都要自己去實現(xiàn)這些輪子。

不過反過來說，如果我們在日常的開發(fā)過程中，把自己編寫的、從別處借鑒的那些好用的輪子都積累起來，形成自己的“寶庫”，這也是一種經(jīng)驗的體現(xiàn)、也是一種競爭力。

如今，在 github 上也有很多雷鋒實現(xiàn)了高質(zhì)量的 C 庫：有專注于跨平臺的、有專注于某個領域的(比如：網(wǎng)絡處理、格式化文本解析)。

glib 在解決跨平臺的同時，也提供了其他很多有用的工具箱，例如：事件循環(huán)、線程池、同步隊列、內(nèi)存管理等等。

既然它提供的功能多，那么必然會導致體積比較大。這也是很多開發(fā)者面對不同的選擇時，放棄 glib 的原因。

不管如何，既然 glib 這么厲害，我們可以來學習它的設計思想，這可是比盲目的敲幾千行代碼更能提升一個人的元技能！

三、線程庫的設計

1. 線程相關的文件

在 Linux 系統(tǒng)中，創(chuàng)建線程一般都是通過 POSIX 接口(可移植操作系統(tǒng)接口)，例如：創(chuàng)建線程 API 函數(shù)是 pthread_create(...)。

在 Windows 系統(tǒng)中，創(chuàng)建線程有好幾種方式：

1. CreateThread()

2. _beginthread()

既然 glib 庫時專門用來解決跨平臺問題的，那么它向上面對應用層程序時，一定是提供一個統(tǒng)一的接口；而向下面對不同的操作系統(tǒng)時，調(diào)用不同系統(tǒng)中的線程函數(shù)。

glib 把這些線程相關的操作分別封裝在了平臺相關的代碼中，具體來說如下圖：

1. Linux 系統(tǒng)：gthread.c, gthread_posix.c 參與編譯，生成 glib 庫;

2. Windows 系統(tǒng)：gthread.c, gthread_win32.c 參與編譯，生成 glib 庫;

關于這種跨平臺的文件構建方式(也就是編譯啦)，建議您看一下這篇小短文：跨平臺代碼的3種組織方式

2. 數(shù)據(jù)結(jié)構

你一定聽說過這個公式：程序 = 數(shù)據(jù)結(jié)構 算法，對于一個 C 語言項目，明白了數(shù)據(jù)結(jié)構的設計，對于理解整個程序的思路是非常重要的，在 glib 中也是如此。

glib 在設計線程庫的時候，分成 2 個層次：平臺無關部分，平臺相關部分。

平臺無關的數(shù)據(jù)結(jié)構有(一些不影響理解的代碼就刪掉了)：

struct _GThread
{
GThreadFunc func;
gpointer data;
gboolean joinable;
};

typedef struct _GThread GThread;
struct _GRealThread
{
GThread thread;

gint ref_count;
gchar *name;
};

typedef struct _GRealThread GRealThread;
平臺相關的數(shù)據(jù)結(jié)構有:

Linux 系統(tǒng)：

typedef struct
{
GRealThread thread;

pthread_t system_thread;
gboolean joined;
GMutex lock;

void *(*proxy) (void *);
const GThreadSchedulerSettings *scheduler_settings;
} GThreadPosix;
Windows 系統(tǒng)：

typedef struct
{
GRealThread thread;

GThreadFunc proxy;
HANDLE handle;
} GThreadWin32;
仔細看一下每個結(jié)構體的第一個成員變量，是不是發(fā)現(xiàn)點什么？

從層次關系上看，這幾個結(jié)構體的關系為：

Linux 平臺:

Windows 平臺：

結(jié)構體在內(nèi)存模型中意味著什么？占據(jù)一塊內(nèi)存空間。

而這幾個數(shù)據(jù)結(jié)構都把"子"結(jié)構體，放在"父"結(jié)構體的第一個位置，就可以方便的進行強制類型轉(zhuǎn)換。

在以上內(nèi)存模型中，GRealThread 結(jié)構體的第一部分是 GThread，那么就完全可以把 GRealThread 所處內(nèi)存的開始部分，當做一個 GThread 結(jié)構體變量來操作。

用 C 中面向?qū)ο蟮男g語來描述更準確：基類指針可以指向派生類對象。

在下面的代碼中，可以看到這樣的操作。

3. 線程的創(chuàng)建

(1) 函數(shù)原型

平臺無關函數(shù)(gthread.c 中實現(xiàn))

GThread *g_thread_new (const gchar *name,
GThreadFunc func,
gpointer data);
GThread *
g_thread_new_internal (const gchar *name,
GThreadFunc proxy,
GThreadFunc func,
gpointer data,
gsize stack_size,
const GThreadSchedulerSettings *scheduler_settings,
GError **error);
平臺相關函數(shù)(gthread_posix.c or ghread_win32.c 中實現(xiàn))

GRealThread *
g_system_thread_new (GThreadFunc proxy,
gulong stack_size,
const GThreadSchedulerSettings *scheduler_settings,
const char *name,
GThreadFunc func,
gpointer data,
GError **error);
(2) Linux 平臺函數(shù)調(diào)用鏈

先來看一下 Linux 平臺上的函數(shù)調(diào)用關系：

如果你的手邊有源代碼，請關注 g_thread_new() 這個函數(shù)中的 func 和 data 這2個參數(shù)。

func 是最開始用戶層傳入的線程執(zhí)行函數(shù)，也就是用戶創(chuàng)建這個線程，最終想執(zhí)行的函數(shù)。data 是 func 函數(shù)所接收的函數(shù)參數(shù)。

如果直接面對 Linux 操作系統(tǒng)編程，在調(diào)用 POSIX 接口函數(shù) pthread_create() 時，一般是直接傳入用戶想要執(zhí)行的函數(shù)以及參數(shù)。

但是 glib 層并沒有直接把用戶層的函數(shù)直接交給 Linux 操作系統(tǒng)，而是自己提供了 2 個線程代理函數(shù)，在調(diào)用 pthread_create() 時，根據(jù)不同的情況，把這2個代理函數(shù)之一傳遞給操作系統(tǒng)：

第一個線程代理函數(shù)：g_thread_proxy();

第二個線程代理函數(shù)：linux_pthread_proxy();

至于傳遞哪一個代理函數(shù)，取決于宏定義 HAVE_SYS_SCHED_GETATTR 是否有效。

下面是 g_system_thread_new() 函數(shù)簡化后的代碼：

g_system_thread_new (proxy, stack_size, scheduler_settings,
name, func, data, error);
GThreadPosix *thread;
GRealThread *base_thread;

// 填充 base_thread 字段，重點關注下面2句
base_thread->thread.func = func;
base_thread->thread.data = data;

thread->scheduler_settings = scheduler_settings;
thread->proxy = proxy;

#if defined(HAVE_SYS_SCHED_GETATTR)
ret = pthread_create (